基于核心素養(yǎng)的PBL模式在高中生物教學中的應用

徐雪梅

PBL（Problem-Based Learning，PBL）是一套設(shè)計學習情境的完整方法，最早起源于20世紀50年代的醫(yī)學教育。目前，在美國已經(jīng)有多所學校開展PBL課程，但在國內(nèi)仍屬于方興未艾。PBL學習的核心是通過“以學生為中心”的理念去優(yōu)化傳統(tǒng)教育中的被動學習模式，激發(fā)出學生的創(chuàng)造力和潛能，讓學生從被動學習者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習。與傳統(tǒng)的以學科為基礎(chǔ)的教學法有很大不同，PBL強調(diào)以學生的主動學習為主，而不是傳統(tǒng)教學中的以教師講授為主;PBL將學習與更大的任務或問題掛鉤，使學習者投入于問題中;它設(shè)計真實性任務，強調(diào)把學習設(shè)置到復雜的、有意義的問題情景中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。隨著社會的發(fā)展和進步，社會需要能力和素質(zhì)雙高的人才，而普通高中的培養(yǎng)目標是進一步提升學生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，最終落實立德樹人的根本任務。為了順應時代的需要，新課程特別強調(diào)了“核心素養(yǎng)為宗旨”的教學理念，這與PBL的教學模式的理念不謀而合。下面以“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”為例，嘗試將PBL模式運用到生物教學中，以達到新課程對培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的要求。

1設(shè)計理念

本節(jié)內(nèi)容按照PBL教學的一般流程，以問題為學習的起點，教師以問題為主軸架構(gòu)學生的一切學習內(nèi)容，以發(fā)展學生核心素養(yǎng)為落腳點進行了教學設(shè)計。在教學設(shè)計中，教師注重培養(yǎng)學生的生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任的學科核心素養(yǎng)，同時利用生活中的問題引發(fā)學生的思考，激發(fā)他們學習生物的熱情和興趣。

2教材分析

“蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者”是人教2019版普通高中生物學《必修1·分子與細胞》模塊第一章第四節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)主要是蛋白質(zhì)的功能、蛋白質(zhì)的基本組成單位——氨基酸以及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性，此外在最后部分還設(shè)計了一個生物科學史話“世界上第一個人工合成蛋白質(zhì)的誕生”。本節(jié)內(nèi)容承前啟后：學生一方面通過前面學習，了解到了蛋白質(zhì)是細胞中含量組多的有機物，再基于“檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”的實踐經(jīng)驗，意識到蛋白質(zhì)普遍存在于實物之中;另一方面，以這一節(jié)的學習為基礎(chǔ)，學生還將陸續(xù)學習，糖被、分泌蛋白、載體、酶、基因的表達、抗體等知識。本節(jié)的學習比較抽象，而且學生沒有有機化學的基礎(chǔ)，對一些官能團都很陌生，學習起來困難較大。教師可通過一些動手操作、視頻動畫、打比方、模型構(gòu)建等方法直觀地呈現(xiàn)相關(guān)知識，將抽象難懂的內(nèi)容簡約化。

3教學目標

1歸納概括氨基酸的結(jié)構(gòu)通式和特點，闡明氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。

2分析蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)多樣性和功能多樣性的關(guān)系，舉例說明蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是與功能相適應的。

3說出氨基酸構(gòu)成多肽鏈或蛋白質(zhì)的過程。

4闡明蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，認同蛋白質(zhì)與人體健康、營養(yǎng)等關(guān)系密切。

4教學重、難點教學重點：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能;氨基酸的結(jié)構(gòu)特點及其形成蛋白質(zhì)的過程。教學難點：氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程;蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能多樣性的原因。

5教學過程

5.1創(chuàng)設(shè)情境，利用科學史導課

教師展示鐮刀型細胞貧血癥患者的血紅細胞圖，啟發(fā)學生觀察患者的血細胞呈鐮刀狀。接著，介紹：人類1908年初次從某非洲黑人的血細胞中認識到鐮狀紅細胞。此后的百年中，人們對該現(xiàn)象進入深入研究，已經(jīng)有了一定的成果。教師播放一段視頻，提出問題：什么原因使血紅細胞變成鐮刀狀？學生從視頻中找到：鐮狀細胞是由于血紅蛋白的結(jié)構(gòu)異常造成的。在正常的血紅細胞中，血紅蛋白是獨立的;鐮狀細胞是幾個血紅蛋白相互連接呈棒狀結(jié)構(gòu)，使得細胞變形。

設(shè)計意圖：學生在初中學習過血紅蛋白，教師以此為切入點學習，符合學生的認知。同時，整節(jié)課以血紅蛋白為線索貫穿始終，體現(xiàn)了課程的完整和連貫性。

5.2活動一：結(jié)合實例，闡明功能

從血紅蛋白的運輸功能開始，學生分組觀察書本圖例，以小組接龍的形式，介紹蛋白質(zhì)的主要功能。教師補充展示胰島素、多酶片等圖片，幫助學生理解蛋白質(zhì)的功能。教師要引導學生盡可能多地列舉出生活常見的蛋白質(zhì)，如毛發(fā)、肌肉、血紅蛋白等，同時試著簡要說出這些蛋白質(zhì)的功能。

設(shè)計意圖：教師創(chuàng)設(shè)真實情境，引導學生歸納得出蛋白質(zhì)的功能，訓練學生歸納與概括的科學思維，使學生理解蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔者，認同蛋白質(zhì)與人體營養(yǎng)、健康等關(guān)系密切。

5.3活動二：觀察結(jié)構(gòu)，構(gòu)建模型

教師出示幾種常見的氨基酸結(jié)構(gòu)簡式（圖1）。學生回憶初中化學中氨氣和乙酸的結(jié)構(gòu)，仔細觀察，圈出其中相同的結(jié)構(gòu)，采用不同顏色的記號筆圈畫不同基團，盡量不割裂圈畫;同時，利用所給材料構(gòu)建氨基酸的結(jié)構(gòu)模型，并總結(jié)氨基酸特點。教師提出問題：觀察圖2所示的4種氨基酸的結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的氨基酸分子中都只含有一個氨基和一個羧基嗎？若有一個以上的氨基或羧基，多出來的氨基或羧基分布在哪里？“氨基酸”這一名詞與其分子結(jié)構(gòu)有怎樣的對應關(guān)系？

設(shè)計意圖：教師先從氨氣和乙酸入手，講解兩個重要的官能團-NH2表示氨基和-COOH表示羧基，再引導學生去發(fā)現(xiàn)共同點，避免了學生在圈畫時把氨基和羧基割裂圈畫。學生利用材料袋中的材料自主構(gòu)建氨基酸模型，比簡單用甲烷球棍模型類比氨基酸，更加有助于形成歸納與概括的科學思維。教師在4種氨基酸的選擇上兼顧了酸性氨基酸、堿性氨基酸以及含硫氨基酸，有助于后面蛋白質(zhì)中氨基數(shù)和羧基數(shù)以及二硫鍵形成的學習。最后，教師展示球棍模型，明確氨基酸不是一個平面結(jié)構(gòu)，而是一個立體結(jié)構(gòu)，避免了學生的認識誤區(qū)。

5.4活動三：演繹過程，總結(jié)規(guī)律

教師播放氨基酸脫水縮合視頻，提出問題：脫去的水分子中的H和O分別來自于哪里？學生從活動單中選出兩種氨基酸，并利用材料包中材料，演繹脫水縮合，展示在白板上，匯報交流。教師引導學生分析：6個氨基酸形成1條肽鏈時，形成的肽鍵、脫掉的水分子數(shù);n個氨基酸形成1條肽鏈，n個氨基酸形成2條肽鏈，n個氨基酸形成m條肽鏈時形成的肽鍵、脫掉的水分子數(shù)，并總結(jié)氨基酸、肽鏈、水分子、肽鍵的數(shù)量關(guān)系。教師展示由氨基酸形成血紅蛋白的示意圖及視頻，要求學生以血紅蛋白為例，說出氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程。

設(shè)計意圖：氨基酸的脫水縮合過程比較抽象。教師利用視頻，使學生直觀地了解整個過程，有助于學生建構(gòu)肽鍵、二肽的概念。學生自主拼搭演繹血紅蛋白中2個氨基酸的脫水縮合過程，更加清晰地了解水中氫和氧元素的來源，同時為后面學習血紅蛋白的形成提供了真實的情境。氨基酸數(shù)目、水分子數(shù)、肽鍵數(shù)、肽鏈數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系比較抽象，學生通過具體的數(shù)據(jù)分析，開展歸納與總結(jié)，有利于培養(yǎng)他們的科學思維。蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)比較復雜，學生通過視頻對照圖片總結(jié)出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次，降低了學習的難度，促進了對比分析和空間想象能力的提高。

5.5活動四：討論結(jié)構(gòu)，體會關(guān)系

教師展示異常血紅蛋白氨基酸序列片段與正常血紅蛋白的氨基酸序列片段。學生尋找兩者的不同點。正常血紅蛋白氨基酸序列片段：纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—賴氨酸;異常血紅蛋白氨基酸序列片段：纈氨酸—組氨酸—亮氨酸—蘇氨酸—脯氨酸—纈氨酸—谷氨酸—賴氨酸。教師提出問題：這樣的改變對于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能會產(chǎn)生什么影響？氨基酸序列多樣性取決于什么？血紅蛋白A結(jié)合一個氧后變?yōu)锽，結(jié)合氧氣能力變強。觀察圖3，血紅蛋白發(fā)生了怎樣的變化？這說明蛋白質(zhì)功能與什么因素有關(guān)呢？

?教師引導學生結(jié)合示意圖（圖4）總結(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。

設(shè)計意圖：學生比較正常與異常血紅蛋白氨基酸序列片段，理解氨基酸的序列會影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進而影響蛋白質(zhì)的功能。同時該活動解決了上課開始提出的問題，首尾呼應，理解結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一性。

6教學反思

本節(jié)課依據(jù)PBL教學方法的教學特征，從一個需要解決的問題開始學習——為什么患者會出現(xiàn)異常的紅細胞，引發(fā)學生的學習興趣和思考。然后，學生以血紅蛋白為主線，學習了氨基酸的結(jié)構(gòu)與特點、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)以及多樣性功能，從而認同細胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成，培養(yǎng)了生命觀念、科學思維、社會責任這三個生物學科素養(yǎng)，符合新課標的理念，也符合學生自身的認知規(guī)律。